第三章 沖壓常用材料

第三章沖壓常用材料沖壓材料是影響零件質(zhì)量和模具壽命的重要因素。目前,可沖壓的材料不僅有低碳鋼，而且還有不銹鋼、鋁及鋁合金、銅及銅合金等。一般以含碳量<0.25%及抗拉強(qiáng)度小于650N/mm2的材料為主。例如冷軋鋼SPCC(JIS)或1010(SAE)。對金屬材料的沖壓性能要求：1﹑具有良好的機(jī)械性能及較大的變形能力。金屬材料的機(jī)械性能是指抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率、硬度﹑塑性應(yīng)變比。2﹑具有理想的金相組織結(jié)構(gòu)金相組織是材料的微觀質(zhì)量特征。它的主要標(biāo)志是:滲碳體或碳化物的球化程度。

第一節(jié)沖壓材料的性能要求第三章沖壓常用材料1.1.沖壓材料性能（參考值見下表）：

第三章沖壓常用材料1.2

沖壓材料特征參數(shù)：

①﹑屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和屈強(qiáng)比抗拉強(qiáng)度是計(jì)算沖壓加工力的基本要素。所謂抗拉強(qiáng)度是實(shí)際拉伸試驗(yàn)過程中之最大荷重值除以試驗(yàn)片開始時的斷面積。即：b=PMAX/A(kg/mm2)

當(dāng)屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度高時，沖壓成形力大，成形的難度加大,而且還會降低模具的壽命。如果屈服強(qiáng)度高，在沖壓成形結(jié)束后，沖壓件由模具內(nèi)脫離并卸載時，彈性恢復(fù)的變形也大，影響沖壓件的尺寸精度。一般的計(jì)算中,沖壓材料的剪切應(yīng)力

=0.8*抗拉強(qiáng)度b注：1Pa=1N/m2=1x10-6N/mm2=1.01972x10-7Kg/mm2②﹑延伸率在材料拉伸試驗(yàn)中,試樣拉斷后,由于保留了塑性變形,試樣長度由原來的L變成了L1,用百分比表示的比值

=（L1-L）/L

就稱為延伸率。均勻延伸率U是在單向拉伸過程中出現(xiàn)局部縮頸時，也就是發(fā)生拉伸過程失穩(wěn)定時的延伸率。如果板材的延伸率大，對所有的伸長類沖壓成形都是有利的。當(dāng)延伸率大時，脹形、翻邊的成形極限也大。因此，大多數(shù)的優(yōu)質(zhì)沖壓鋼都具有較高的均勻延伸率。

第三章沖壓常用材料③﹑加工硬化值(n)不銹鋼板的引伸成形要分幾次加工才能達(dá)到產(chǎn)品形狀，在引伸加工過程中會使材料產(chǎn)生硬化現(xiàn)象，這種現(xiàn)象一般稱為加工硬化。加工硬化之生成原因?yàn)椴牧铣惺芤凰苄宰冃魏?，在于同方向施加?fù)荷力將使其降伏點(diǎn)上升，從而增加必要的變形抵抗以對抗塑性變形之再產(chǎn)生。降伏點(diǎn)是超越彈性變形區(qū)域而產(chǎn)生永久變形的初始點(diǎn)，由拉伸試驗(yàn)知，是荷重不增加而伸展行為仍進(jìn)行的點(diǎn)。加工硬化系數(shù)之高低意味著什么現(xiàn)象呢？n值高的材料會發(fā)生下列的行為:(1)繼續(xù)進(jìn)行加工會造成材料硬化、伸長量減少而使加工不易。(2)繼續(xù)進(jìn)行加工將會抑制局部變形，得到一致的變形。n值低的材料會發(fā)生下列的行為:繼續(xù)進(jìn)行加工會引起局部的變形，弱的部份甚至破斷。因此，伸長類成形要求板材具有較大的n值。

④﹑塑性應(yīng)變比（r）它是表示板材各向異性性能的參數(shù)。由于板材在制造過程中要經(jīng)歷軋制與退火等工藝，結(jié)果使板材形成結(jié)晶方位趨于一致的織構(gòu)組織，在宏觀上表現(xiàn)為各向異性，即在不同的方向上板材的性能有一定的差異。在生產(chǎn)中用r值來表示板材的各向異性，其值等于對數(shù)應(yīng)變表示的寬度應(yīng)變b與厚度方向應(yīng)變t之比，即:r=b/t=ln(b/b0)/ln(t/t0)

r值主要影響拉深性能，板材的r值大，它的拉深性能也好。

⑤﹑硬度(Hardness)一般說來，硬度越低，塑性越好。但是，材料的硬度偏高，若碳化物球化率在90%以上，也能得到良好的沖裁面。反之，材料的硬度偏低，但球化不充分，也會使沖裁面撕裂。因此，硬度是判斷是否適合剪切的宏觀指標(biāo)，而金屬組織(碳化物的均勻性和球化程度)是判斷是否適合沖裁的微觀指標(biāo)。⑥﹑球化度(Spheroidizing)低碳鋼的組織是以軟的鐵素體為基體與少量的珠光體組成。而珠光體是鐵素體與滲碳體的細(xì)密的混合物，其中滲碳體含量占12%。鐵素體具有很好的塑性，而滲碳體則硬而脆。從同一含碳量的材料來看，通過隨著碳化物的球化，可提高塑性而改善沖裁面的質(zhì)量。注：什么是球化退火?目的在于使網(wǎng)狀二次滲碳體及珠光體中的層狀滲碳體發(fā)生球化變成粒狀的滲碳體，降低材料硬度，改善切削加工性，并為淬火作好準(zhǔn)備。由于珠光體本身較硬，而且由于網(wǎng)狀二次滲碳體的存在，更增加了鋼的硬度和脆性。這不僅給切削加工帶來困難，而且還會引起淬火時產(chǎn)生變形和開裂。⑦﹑時效割裂在對某些板材（如不銹鋼板與黃銅板等）進(jìn)行拉深成形時，由于拉深時形成的殘余應(yīng)力的作用，在拉深后會在圓筒形件的側(cè)壁產(chǎn)生縱向開裂現(xiàn)象。這種開裂現(xiàn)象可能在脫模后立即產(chǎn)生，也可能在放置一段時間之后，或在沖壓件使用過程當(dāng)中發(fā)生，故稱為時效割裂。第三章沖壓常用材料⑧﹑圓筒深引伸試驗(yàn)（LDR值）圓筒深引伸試驗(yàn)法是評估金屬薄板深引伸性試驗(yàn)法中最基本的方法之一。此試驗(yàn)之目的在于求得金屬材料的引伸界限比（LimitDrawingRatio,簡稱LDR），LDR值越大表示該材料具有越好的引伸性。LDR＝D/dp，其中：D表示胚料直徑，dp表示沖頭（引伸制品）直徑。LDR值與塑性應(yīng)變比r值呈正向關(guān)系，即r值大的材料其深引伸性也較佳。⑨﹑錐皿試驗(yàn)（CCV值）錐皿試驗(yàn)法是評估金屬薄板（厚度0.5～1.6mm）成形性試驗(yàn)法中最基本的方法之一。CCV值可作為深引伸與拉伸之復(fù)合成形性之評估試驗(yàn)，其與加工硬化值系及塑性應(yīng)變比有密切關(guān)系。第三章沖壓常用材料第三節(jié)：常用鋼材牌號介紹3.1﹑日本鋼材（JIS系列）的牌號中普通結(jié)構(gòu)鋼主要由三部分組成：第一部分表示材質(zhì)，如：S（Steel）表示鋼，F(xiàn)（Ferrum）表示鐵；第二部分表示不同的形狀、種類、用途，如：P(Plate)表示板，T（Tube）表示管，K(Kogu)表示工具；第三部分表示特征數(shù)字，一般為最低抗拉強(qiáng)度。如：SS400——第一個S表示鋼(Steel)，第二個S表示“結(jié)構(gòu)”（Structure），400為下限抗拉強(qiáng)度400MPa，整體表示抗拉強(qiáng)度為400MPa的普通結(jié)構(gòu)鋼。

3.2﹑SPHC——首位S為鋼Steel的縮寫，P為板Plate的縮寫，H為熱Heat的縮寫，C商業(yè)Commercial的縮寫，整體表示一般用熱軋鋼板及鋼帶。3.3﹑SPHD——表示沖壓用熱軋鋼板及鋼帶。3.4、SPHE——表示深沖用熱軋鋼板及鋼帶。3.5、SPCC——表示一般用冷軋?zhí)妓劁摫“寮颁搸?，相?dāng)于中國Q195-215A牌號。其中第三個字母C為冷Cold的縮寫。需保證抗拉試驗(yàn)時，在牌號末尾加T為SPCCT。3.6、SPCD——表示沖壓用冷軋?zhí)妓劁摫“寮颁搸?，相?dāng)于中國08AL（13237）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。第三章沖壓常用材料3.7、SPCE——表示深沖用冷軋?zhí)妓劁摫“寮颁搸?，相?dāng)于中國08AL（5213）深沖鋼。需保證非時效性時，在牌號末尾加N為SPCEN。冷軋?zhí)妓劁摫“寮颁搸д{(diào)質(zhì)代號：退火狀態(tài)為A，標(biāo)準(zhǔn)調(diào)質(zhì)為S，1/8硬為8，1/4硬為4，1/2硬為2，硬為1。

表面加工代號：無光澤精軋為D，光亮精軋為B。如SPCC-SD表示標(biāo)準(zhǔn)調(diào)質(zhì)、無光澤精軋的一般用冷軋?zhí)妓乇“濉Ｔ偃鏢PCCT-SB表示標(biāo)準(zhǔn)調(diào)質(zhì)、光亮加工，要求保證機(jī)械性能的冷軋?zhí)妓乇“濉?.8、JIS機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼牌號表示方法為：

S+含碳量+字母代號（C、CK），其中含碳量用中間值×100表示，字母C：表示碳K：表示滲碳用鋼。如碳結(jié)卷板S20C其含碳量為0.18-0.23%。第三章沖壓常用材料第三章沖壓常用材料第四節(jié)常用沖壓材料介紹

4.1﹑熱軋鋼熱軋鋼是一種優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，含碳量約0.10％～0.15％，屬于低碳鋼。沖壓用的熱軋鋼有下列三種：(1)、SPHC－－是熱軋鋼的代表鋼種。(2)、SPHD－－與SPHC相比，其拉伸性較佳。(3)、SPHE－－與SPHC相比，其拉伸性更佳。分類及性能介紹：

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4.2﹑冷軋鋼冷軋鋼亦是一種優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，含碳量約0.08％～0.12％，屬于低碳鋼。沖壓用的冷軋鋼有下列三種：(1)、SPCC－－是冷軋鋼的代表鋼種。(2)、SPCD－－與SPCC相比，其拉伸性較佳。(3)、SPCE－－與SPCC相比，其拉伸性更佳。分類及性能介紹：第三章沖壓常用材料第三章沖壓常用材料第三章沖壓常用材料4.3﹑不銹鋼不銹鋼是指含鉻量達(dá)到11%以上高合金鋼，其主要的特征是耐腐蝕性及耐熱性，具有不銹性與表面光輝性。在沖壓成形中應(yīng)用的不銹鋼有鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼以及馬氏體不銹鋼。鐵素體不銹鋼的沖壓性能接近于冷軋鋼板，在這種不銹鋼板生產(chǎn)過程中也可利用熱軋、冷軋與退火的方法獲得織構(gòu)組織，使r值達(dá)到1.2～1.8左右，因此具有良好的拉深性能。但是它的硬化指數(shù)約為0.2左右，伸長率約為0.25～0.3左右，均小于奧氏體不銹鋼，所以它的伸長類沖壓成形性能較差。不銹鋼具有下列特性：(1)硬度及抗拉強(qiáng)度高于軟鋼板的2倍(2)熱傳導(dǎo)性不佳，熱膨脹系數(shù)大(3)深引伸加工會產(chǎn)生時效割裂(4)表面容易被模具刮傷不銹鋼牌號表示的含義：SUS***－CSP鋼（steel）一般用（use）不銹的（stainless）牌號彈簧（spring）條、帶（Strip）冷的（cold）第三章沖壓常用材料分類及性能介紹：第三章沖壓常用材料第三章沖壓常用材料第三章沖壓常用材料4.4﹑銅及銅合金銅及銅合金依其制造方法可分為伸銅材（展伸銅）及鑄造材兩大類；銅及銅合金之代表性特征如下:(1)熱傳導(dǎo)性好，導(dǎo)電性佳；(2)切削加工性好；(3)具有非磁性功能；(4)低溫下不產(chǎn)生脆化現(xiàn)象；(5)耐腐蝕；(6)彈性好；(7)色調(diào)美觀，易鍍錫；第三章沖壓常用材料分類及性能介紹：第三章沖壓常用材料第三章沖壓常用材料4.5、鋁及鋁合金

鋁及鋁合金材料依其制造成形過程可分為伸展材及鑄造材兩大類。伸展材料又有熱處理合金與非熱處理合金之區(qū)別，主要在于控制材料強(qiáng)度的方法不同。非熱處理合金是以調(diào)整冷加工程度大小來控制材料的強(qiáng)度，一般而言，冷加工程度越高則材料強(qiáng)度越高。熱處理合金是以淬火、時效處理等熱處理手段來獲得所需要的強(qiáng)度?；咎卣鳎?1)：美麗的外觀(2)：強(qiáng)度重量比大

(3)：優(yōu)良的加工性(4)：綜合性佳(5)：耐蝕性(6)：低溫特性

(7)：導(dǎo)電性佳(8)：熱傳導(dǎo)性佳(9)：反射性佳(10)：非磁性

(11)：無毒性(12)：回收分類：第三章沖壓常用材料各位數(shù)字所代表的含義：第一位數(shù)：表示主要添加合金元素1：純鋁2：主要添加合金元素為銅3：主要添加合金元素為錳或錳與鎂4：主要添加合金元素為矽5：主要添加合金元素為鎂6：主要添加合金元素為矽與鎂7：主要添加合金元素為鋅與鎂8：不屬于上列合金系的新合金第二位數(shù)：表示原合金中主要添加合金元素含量或雜質(zhì)成分含量經(jīng)修改的合金0：表示原合金1：表示原合金成分經(jīng)第一次修改2：表示原合金成分經(jīng)第二次修改第三及第四位數(shù)：純鋁：表示純度亦即最低含鋁量合金：表示個別合金的代號“－”后面的Hn或Tn表示加工硬化的狀態(tài)或熱處理狀態(tài)的煉度符號－Hn：表示非熱處理合金的煉度符號－Tn：表示熱處理合金的煉度符號第三章沖壓常用材料分類及性能介紹：第三章沖壓常用材料4.6、馬口鐵STPE

馬口鐵，是電鍍錫低碳薄鋼板的俗稱，英文縮寫為SPTE，早期稱洋鐵(TinPlate)，因?yàn)橹袊谝慌箬F是於清代中葉自澳門(Macau)進(jìn)口，澳門當(dāng)時音譯“馬口”，故中國人一般稱之為馬口鐵。是指兩面鍍有商業(yè)純錫的冷軋低碳薄鋼板或鋼帶,又叫鍍錫